考慮最優方向匹配的高效走刀軌跡生成方法

金鑫,劉其廣*,,呂杰,徐飛飛

(1. 中國航發北京航空材料研究院,北京 100095; 2. 北京市先進運載系統結構透明件工程技術研究中心,北京 100095)

等殘留高度軌跡在生成過程中保持了軌跡間最大加工行距,沒有冗余切削,具有很高的加工效率[1-2],因而在學術界與工業界被廣泛應用。然而,依據等殘留高度原則排布的軌跡往往偏離最優走刀方向[3],而走刀方向對加工質量和效率有重要影響,如加工帶寬[4-5],材料去除率[6],運動學性能[7],切削力[8-9],甚至流場方向[10]等。面向高性能切削需求,走刀方向與軌跡排布之間的矛盾亟需解決。

考慮加工中的走刀方向是將加工中幾何、物理等特性融合在統一的刀具軌跡規劃框架下的有效途徑[11];為遵循最大加工帶寬方向場, Chiou等[4]采用逐點追蹤的方式生成軌跡,該方法只關注了局部方向最優,而沒有從全局角度去考慮軌跡的光順性。Kim 等[7]使用Bezier 多項式整體逼近離散方向場,改善了生成路徑的光順性。Sun等[5,12]采用NURBS矢量建模技術, 進一步提高了發生矢量場的局部調控能力,有利于加工軌跡的精細設計。盡管文獻[5,7,12]中單條軌跡具有良好的切削性能,但相鄰軌跡間往往存在冗余切削,造成加工效率低下。李萬軍等[13]使用遺傳算法優化了刀具路徑,縮短了軌跡總長度,但他們的方法中并沒有考慮刀具進給方向的影響。

Xu 等[6]采用等殘留高度原則排布軌跡,通過比較新生成的軌跡與按照理想方向切削帶來的切削耗能方面的差別,提出該差異超出允許閾值時,則在未加工區域重新選擇初始軌跡并繼續等殘留高度偏置,直至加工軌跡布滿整個曲面。……